《5G NR物理层技术详解：原理、模型和组件 》 —2.9　物理层的挑战

2.9　物理层的挑战

5G NR是第一个工作在毫米波频率的蜂窝技术，支持GHz级别的带宽，并使用大规模天线。这些方面给NR物理层带来了许多挑战，主要原因是对无线电波在毫米波的传播特性以及硬件损伤（在基站和终端处）都缺乏了解。要实现高性能的NR，准确理解无线传播和硬件损伤的特性非常重要。第3章和第4章详细讨论了无线电波传播、信道建模和硬件损伤建模。在下文中，我们将简要讨论其中一些挑战。

2.9.1　传播相关的挑战

因为天线孔径与波长的平方成正比，因此对采用固定天线方向图的接收天线，当频率升高时，天线的传输损耗随着频率的平方而增加。由于传播效应还可能会造成一些额外的损耗，特别是在非视距（Non-Line of Sight，NLoS）条件下。这里的挑战是利用先进的多天线技术来控制信号在有利方向传输并增加接收天线的孔径。此时还是不完全清楚，通过多天线技术，在较高频率下信道条件能有多大程度的改善。在某些情况下，如LoS，甚至对高频传输更为有利。有一点很明确，随着频率升高穿透损耗会大幅增加，对于室外到室内的场景将面临挑战。使用波束赋形和窄波束传输的另一个影响是，由于波束的突然阻挡而造成的信道的动态变化会更大也更快。而且，传播信道的方向扩展特性尚不清楚。对于那些方向高度分散（富散射）的信道，高增益天线并不是很有用，因为它们只会捕获/指向来自发射机/接收机的一小部分信号。在这种情况下全相关天线合并技术更为适合。但是，当天线阵列尺寸很大即天线单元数量很大时，这种技术非常复杂，而且非常耗费资源。

NR的主要挑战是，与在较低频率使用的传统技术效果相比，新型多天线技术在多大程度上可以补偿在较高频率下的性能损失甚至获得增益。在LoS条件下，使用更高频率和波束赋形是有利的，如第3章所述。此外，在NLoS场景中，传播损耗不会随频率升高而急剧增加（在0 log f到6 log f的范围内），室外到室内传输除外。但是，NR的早期部署预计主要依赖模拟波束赋形，传播信道要求高指向性。不幸的是，只有少数方向解析度高的信道测量方式，这也意味着在毫米波频率下波束赋形的性能在很大程度上是未知的。